利用感測器製作玩具賽車計時器

六月 2, 2015
Facebook
Twitter
玩具賽車,像是松木賽車(Pinewood Derby)或CO2車(CO2 dragsters)超好玩。但如果想比較多場比賽的結果,就必須能夠準確的記錄每一次的完賽時間,因此我設計了一款自動記錄完賽時間的計時器電路。

我會在跑道上安裝兩個光感測器,一個貼齊起跑線前緣,另一個則裝在終點線上。當賽車通過起跑線上的感測器時,計時器隨即啟動;通過終點線的感測器時,計時器隨即停止。這樣一來就能自動記錄每一輛車的完賽時間。

我建立的這套系統是專門為了玩具賽車而設計,不過也可以應用在其他類型的競速比賽上。


材料

  • 玩具賽車和跑道
  • 碼錶
  • 延長線,小尺寸絞線
  • 印刷電路板或洞洞板
  • 555計時器
  • 3A電池 3
  • 3A電池座
  • 光敏電阻 2
  • 電容,0.01微法拉
  • 電阻,470 ohm
  • 電阻,100 kohm
  • 瞬時按鈕開關

 工具

  • 剝線鉗
  • 小刀
  • 烙鐵及焊錫
  • 螺絲起子
  • 電鑽及鑽頭組



第一步:拆開碼錶並找出設置於電路板上的按鈕接點

  • 第一個步驟是拆開碼錶,並使用內部的電路。大多數碼錶的外殼都是用螺絲鎖上固定,但如果你的碼錶是用膠水黏合,那麼就可能需要切開塑膠外殼。
  • 拆開碼錶後就能看到內部的電路板。之後我們必須將延長線焊接在按鈕接點和電池座上,如果無法直接焊接的話,則必須將電路板從外殼中取出。如此一來可能得多卸下幾個螺絲。

第二步:將延長線焊接到按鈕接點和電池座上

  • 為了能夠遠端控制碼錶,我們必須將延長線焊接至「開始/停止」以及「重置」按鈕的接點上。
  • 此外還必須將其中一條延長線焊接至電池座上(切記不要直接焊接在電池上,並請先將電池座內的電池取下再進行焊接)。你必須將延長線焊接到連接開關另一側的端子。在這裡我的焊接點是正極。

第三步:在碼錶外殼開一個洞,讓延長線伸出

  • 延長線必須從碼錶內部穿出外殼;如果碼錶外殼沒有任何開口能讓線伸出的話,那麼就自己動手割一個。拿一把鋒利的小刀並小心地在外殼上開一個小口,大小只要能讓延長線通過即可。
  • 完成上面步驟後,將電線穿過切口並把拆開的碼錶重新組裝回去。

第四步:控制電路

图片

  • 接下來是我為本專案設計的控制電路。我使用的是555計時器,並以三個3A電池供應電源。腳位7輸出連接到碼錶上的「開始/暫停」鈕。GND接腳輸出則連接到碼錶電池座的正極。
  • 兩個光感測器必須以並聯佈線,再以串聯方式連接固定電阻器。如此一來即構成了一個分壓器。當其中一個光感測器被陰影遮蓋時(因玩具賽車經過造成),使得電阻增加,連帶影響腳位6的電壓上升超過參考閾值。進而使腳位7輸出接地,並啟動計時器。
  • 必須挑選兩個電阻差不多的光感測器(光敏電阻),串聯電阻器的值(R1)和兩個並聯的光感測器值必須接近相等。如果想調整敏感度的話,可以將固定電阻器換成可變電阻器(電位計)。R2的值只要高於10Kohm即可,我的設定值為100Kohm。而電容器的值高於0.001微法拉即可,我的設定值是0.01微法拉。
  • 將碼錶上的重置鈕連接到開關,開關的另一端則連接到電池座的正極。此步驟在圖表上並未呈現。

第五步:在麵包板上製作控制電路模型

  • 不管是甚麼專題,焊接前先在麵包板上製作電路模型總是比較保險。尤其這裡用到的光敏電阻沒有標準值,所以可能會因為亮度的不同而需要調整串聯電阻值來作為補償。
  • 當所有元件都連接完成時,來做點測試。覆蓋其中一個感測器,這時計時器應該會被啟動;再來,覆蓋另外一個感測器,計時器應立即停止。最後,按下按鈕,計時器就會重置。

第六步:將電路焊接至電路板

  • 當確認電路都正確運作之後,將所有元件焊接在印刷電路板或洞洞板上。請注意不要把光感測器直接焊接在板子上;在這裡光感測器會透過一對延長線和板子連接,這樣才能夠將其安裝在跑道上。

第七步:將光感測器安裝在跑道上

  • 最後一個步驟是把光感測器安裝在跑道上。選擇比光感測器稍微大一點的鑽頭,並在跑道上方鑽一個正好能放入光感測器大小的凹槽。接著在凹槽裡再鑽兩個比較小的洞,給光感測器的接腳使用。再來把光感測器放入洞中,然後把電路板上的延長線從跑道下方連接至光感測器的接腳。起跑線和終點線的做法一樣。

第八步:完成賽車計時器

  • 現在你的自動賽車計時器已經完成了。當賽車通過起跑線上的感測器時,計時器隨即啟動;通過終點線的感測器時,計時器就會停止。你可以將其用在單軌跑道上,或是多製作幾個計時器供多軌跑道使用。不論你想怎麼做,這套系統都會為你的玩具賽車增添許多樂趣。

JASON POEL SMITH
傑森‧波爾‧史密斯具有工程學學士學位,一半機械工程,一半電子工程。待過各行各業,包含水壓式高空作業車、飛機工具等。目前大多數的時間都在跟新玩具玩耍。空閒時,會創作教學系列「DIY Hacks and How Tos」。


原文
(譯:屠建明)
Social media & sharing icons powered by UltimatelySocial